恒流LED電子顯示屏的驅(qū)動芯片設(shè)計

    1帶隙基準(zhǔn)模塊

    在帶隙基準(zhǔn)模塊中，由于實(shí)際情況下運(yùn)算放大器不完全對稱，因此存在失調(diào)電壓和低頻噪聲;同時，晶體管失配引起的隨機(jī)誤差對基準(zhǔn)源的精度影響也較大。因此，針對帶隙基準(zhǔn)模塊的溫度穩(wěn)定性、抗噪性能和精度，本文設(shè)計了帶隙基準(zhǔn)模塊結(jié)構(gòu)，由啟動與偏置電路、帶隙基準(zhǔn)電壓源主體電路、振蕩器、RC低通濾波器和電流鏡等電路組成。啟動電路在模塊剛上電時，幫助電路離開零點(diǎn);偏置電路主要為振蕩器和運(yùn)算放大器提供適當(dāng)?shù)姆�(wěn)定偏置。這里，采用與電源無關(guān)的偏置技術(shù)設(shè)計啟動和偏置電路，以提高電源抑制比及電壓調(diào)整率，改善帶隙基準(zhǔn)模塊的精度。帶隙基準(zhǔn)電壓源主體電路由運(yùn)算放大器、斬波調(diào)制電路和解調(diào)電路組成，需要指出，本文通過采用斬波調(diào)制技術(shù)，消除了運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓，并有效地抑制了器件噪聲。振蕩器產(chǎn)生互補(bǔ)方波信號，用于斬波調(diào)制與解調(diào)電路中MOS開關(guān)管的通斷控制，這里采用由反相器構(gòu)成的環(huán)形振蕩器，并通過反相器對方波進(jìn)行整形，保證了信號的輸出質(zhì)量，同時減少了芯片面積。運(yùn)算放大器輸出端連接RC低通濾波器，以進(jìn)一步消除噪聲影響。電流鏡為其他電路模塊提供偏置電流，采用由帶隙基準(zhǔn)電壓源輸出電壓直接偏置MOS管電流源方法，提高了溫度穩(wěn)定性，并減小了傳輸偏置電壓的走線受干擾程度。采用Hspice仿真器對上述設(shè)計的帶隙基準(zhǔn)模塊從-40℃~80℃進(jìn)行溫度掃描。結(jié)果表明，當(dāng)電源電壓VDD=5.0V，在5種不同工藝角變化時，基準(zhǔn)電壓隨溫度變化的最大偏移為2.2mV，溫度系數(shù)達(dá)到14.7PPM/℃。

    2恒流基準(zhǔn)模塊

    本設(shè)計中恒流基準(zhǔn)模塊采用外掛精確電阻和運(yùn)算放大器負(fù)反饋方式，為高精度電流放大器提供恒定電流基準(zhǔn)。考慮到高精度電流放大器工作在開關(guān)狀態(tài)，因此在設(shè)計中添加了改進(jìn)型電流鏡、箝位電流鏡和跟隨器。其中，運(yùn)算放大器采用兩級結(jié)構(gòu)并經(jīng)過密勒補(bǔ)償，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時通過插入電阻方法消除零點(diǎn)造成的影響;改進(jìn)型電流鏡用于減少溝道長度調(diào)制效應(yīng)引起的失配，并提高輸出阻抗和輸出驅(qū)動電流的匹配精度;箝位電流鏡可提高電流鏡速度，支持25MHz的數(shù)據(jù)移位頻率和高速電流響應(yīng);跟隨器則隔離了高精度電流放大器對恒流基準(zhǔn)模塊的干擾。仿真結(jié)果表明，在VDD=5.0V和各種工藝角下，-40℃~80℃時恒流基準(zhǔn)模塊產(chǎn)生的基準(zhǔn)電流與外掛電阻REXT成反比，大小為1.25V/REXT，偏差在0.1%范圍之內(nèi)。

    3高精度電流放大器

    高精度電流放大器和LED直接連接，并通過邏輯控制模塊控制其輸出驅(qū)動電流的開關(guān)。當(dāng)邏輯控制模塊輸入從有效變?yōu)闊o效時，采用上拉網(wǎng)絡(luò)和下拉網(wǎng)絡(luò)對運(yùn)放和輸出進(jìn)行關(guān)斷，達(dá)到快速關(guān)閉LED的目的。此外，考慮到高壓管電容的影響，采用了放電電路以消除輸出驅(qū)動電流中的雜波。運(yùn)放電路的AC特性采用Hspice仿真器進(jìn)行掃描，結(jié)果表明，OP的開環(huán)增益為99dB～103dB，單位增益帶寬為1.7MHz～2MHz，相位裕度為62°～70°。

    4邏輯控制模塊

    邏輯控制模塊用于對外部顯示數(shù)據(jù)的接收、鎖存、串并轉(zhuǎn)換以及使能控制，并結(jié)合脈沖寬度調(diào)制，輸出16位LED邏輯控制信號，實(shí)現(xiàn)對LED顯示屏的開關(guān)控制和灰度控制。在本文的邏輯控制模塊中，專門設(shè)計了SDO腳和OE腳，使外部顯示數(shù)據(jù)可通過SDO腳串行輸入，以支持高至25MHz的數(shù)據(jù)移位時鐘頻率，在彩色LED顯示屏上實(shí)現(xiàn)圖像的快速刷新;采用脈沖寬度調(diào)制方式對使能OE腳進(jìn)行控制，達(dá)到動態(tài)控制彩色LED顯示屏的灰度和亮度;在每個輸入腳加入施密特觸發(fā)器進(jìn)行整形，以消除由于存在對地電容和較長傳輸線而對波形上升沿和下降沿產(chǎn)生的影響。